Теплота, выделяемая при горении топлива, не может быть полностью трансформирована в полезную работу, так как в соответствии со вторым законом термодинамики часть теплоты неизбежно должна быть отдана холодному источнику. Расходование теплоты сгорания топлива, внесенного в двигатель за определенный период, на полезную работу и различные потери характеризуется тепловым балансом. Тепловой баланс двигателя определяется для различных режимов работы на основании результатов испытаний при установившемся тепловом режиме. С помощью теплового баланса можно определить степень совершенства конструкции и регулировок двигателя и наметить пути улучшения экономичности его работы. Они включают потери теплоты на преодоление трения, потери через излучение нагретых внешних поверхностей двигателя, потери на привод вспомогательных механизмов и др. Слагаемые теплового баланса изменяются в зависимости от нагрузки, теплового состояния и скоростного режима работы двигателя. Их значения, соответствующие работе автомобильных двигателей на номинальном режиме, приведены. При повышении степени сжатия увеличивается доля теплоты, преобразованной в полезную работу. Поэтому эффективный КПД дизелей больше, чем КПД карбюраторных двигателей. По мере уменьшения нагрузки двигателя при постоянном скоростном режиме доля теплоты, преобразуемой в полезную работу, уменьшается, а потери увеличиваются. При работе двигателя без нагрузки они составляют 100 %. При работе двигателя с полной нагрузкой наилучшее теплоиспользование имеет место на средних скоростных режимах, когда суммарные тепловые потери в охлаждающую среду, с отработавшими газами и механические потери минимальны. Изменение состава смеси существенно влияет на теплоиспользование в двигателе вследствие изменения теплоты сгорания и скорости сгорания смеси. Работа на обогащенных смесях характеризуется уменьшением эффективности использования теплоты из-за неполноты сгорания топлива, хотя тепловые потери в охлаждающую среду и с отработанными газами при этом несколько снижаются. По мере обеднения смеси потери от неполноты сгорания уменьшаются, но возрастают потери в охлаждающую среду и с отработавшими газами. Суммарные потери в карбюраторном двигателе минимальны при его работе на экономичных смесях. В дизелях по сравнению с карбюраторными двигателями потери теплоты на преодоление механических сопротивлений больше вследствие больших сил давления газа и связанных с ними потерь на трение. Однако принципиально неустранимые потери теплоты в дизелях из-за более высокой степени сжатия меньше, чем в карбюраторных двигателях, поэтому эффективный КПД дизелей выше.